background image

 

 

1

PARAMETRY SYGNAŁÓW 
 
Wartość maksymalna sygnału 

m

X

 jest to największa wartość chwilowa jaką sygnał osiąga w 

okresie zmienności. 
Wartość średnia - średnia arytmetyczna tego sygnału obliczona za jeden okres. 

dt

t

x

T

x

T

śr

=

0

)

(

1

 

Wartość skuteczna 

[ ]

dt

t

x

T

x

T

k

s

=

0

2

)

(

1

 

Współczynnik szczytu 

sk

m

s

x

x

k

=

 

Współczynnik kształtu 

śr

sk

k

x

x

k

=

 

Współczynnik wypełnienia 

m

śr

w

x

x

k

=

 

 
 
Częstotliwościowa analiza sygnałów odkształconych 
 

Każdą funkcję okresową 

),

(t

f

która spełnia warunki Dirichleta można przedstawić w 

postaci szeregu Fouriera, składającego się ze składowej stałej i sumy funkcji 
trygonometrycznych o pulsacjach 

.

...,

,

3

,

2

,

1

1

1

1

ω

ω

ω

ω

n

 

Z warunków Dirichleta wynika, że każdy przedział o czasie trwania T można podzielić na 
określoną liczbę podprzedziałów, w których funkcja 

)

(t

f

 jest monotoniczna i ciągła, a w 

każdym punkcie nieciągłości istnieją  granice: lewostronna 

)

(

0

t

f

 i prawostronna 

)

(

0

+

t

f

 o 

skończonych wartościach. 
 
 

 

Przykład funkcji okresowej spełniającej warunki Dirichleta 

 
 
 
 
 
 

background image

 

 

2

Trygonometryczny szereg Fouriera 
 

Szereg Fouriera w postaci trygonometrycznej wyraża się wzorem 

[

]

+

+

=

=1

1

1

)

sin(

)

cos(

2

)

(

n

n

n

t

n

b

t

n

a

A

t

f

ω

ω

 

gdzie: 

,

)

cos(

)

(

2

0

1

=

T

n

dt

t

n

t

f

T

M

a

ω

 

=

T

n

dt

t

n

t

f

T

M

b

0

1

)

sin(

)

(

2

ω

 

2

A

- składowa stała 

n

 i 

n

 - amplitudy członów cosinusoidalnych i sinusoidalnych, 

T

π

ω

2

1

=

- pulsacja 

podstawowa, 

1

ω

n

- pulsacje harmoniczne, 

n

- liczba naturalna, 

 - okres funkcji, 

M

.

|

)

(

|

max

t

f

 

Składowa stała  

2

A

 określona dla 

0

=

n

 przedstawia wartość średnią funkcji 

)

(t

f

 za okres 

.

T

 

W zależności od kształtu funkcji  okresowej 

)

(

t

f

 szereg zawiera tylko określone składowe: 

1. Jeśli funkcja ta jest parzysta, czyli

),

(

)

(

t

f

t

f

=

szereg Fouriera zawiera nieparzyste 

cosinusoidy i składową stałą.  
2. Jeśli funkcja jest nieparzysta, czyli

),

(

)

(

t

f

t

f

=

 szereg Fouriera zawiera tylko sinusoidy.  

3. W przypadku funkcji antysymetrycznej, czyli 

),

2

(

)

(

T

t

f

t

f

+

=

szereg składa się z 

nieparzystych sinusoid i cosinusoid. 
Poniższy wzór przedstawia szereg Fouriera dla przykładowej parzystej funkcji

).

(

t

f

 

⎥⎦

⎢⎣

+

+

+

+

=

...

)

5

cos(

5

1

)

3

cos(

3

1

)

cos(

2

2

)

(

1

1

1

t

t

t

A

A

t

f

ω

ω

ω

π

 

Poniższe rysunki przedstawiają parzystą funkcję 

)

(t

f

 i  jej poszczególne składowe 

harmoniczne: 1, 3, 5 oraz składową stałą. 

 

Przykładowa funkcja parzysta

)

(t

f

 oraz składowa stała

 

2

A

 

background image

 

 

3

 

Funkcja 

)

(t

f

 oraz pierwsza i trzecia harmoniczna

)

(

1

t

f

i

 

)

(

3

t

f

 

 

 

Funkcja 

)

(t

f

 oraz piąta harmoniczna

)

(

5

t

f

 i 

)

(

2

)

(

1

01

t

f

A

t

f

+

=

 

 

 

 

Funkcja 

)

(t

f

 oraz 

)

(

)

(

2

)

(

3

1

013

t

f

t

f

A

t

f

+

+

=

 

i

)

(

)

(

)

(

2

)

(

5

3

1

0135

t

f

t

f

t

f

A

t

f

+

+

+

=

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 

4

KLASYFIKACJA SYGNAŁÓW  

 

Sygnały harmoniczne 
Są to sygnały typu  

)

sin(

)

(

0

ϕ

ω

+

=

t

U

t

u

 

 

 

 

 

 

 

 

 

gdzie U jest amplitudą a 

ϕ

początkową fazą sygnału. 

Widmem sygnału harmonicznego jest jeden prążek, który na osi 

ω  znajduje się w punkcie 

.

0

ω

   

 
Sygnały okresowe 
Sygnały okresowe powtarzają swoje wartości w jednakowych  przedziałach czasu 

p

T

, czyli 

spełniają warunek 

)

(

)

(

p

T

n

t

u

t

u

±

=

 dla 

..

.

,

3

,

2

,

1

±

±

±

=

n

   

 

 

 

 

 

 

 
Sygnały poliharmoniczne 
Są to sygnały składające się z nieskończonej liczby składowych sinusoidalnych o amplitudach 

n

i fazach 

n

ϕ

  

+

=

=

1

)

sin(

)

(

n

n

n

n

t

U

t

u

ϕ

ω

   

 

 

 

 

 

 

 

Widmem sygnału poliharmonicznego jest n prążków o amplitudach 

n

, które na osi 

ω  

znajdują się w punktach 

n

ω

.  

Sygnał poliharmoniczny jest sygnałem okresowym jeżeli stosunki wszystkich zawartych w 
nim par pulsacji wyrażają się liczbami wymiernymi  

wymierna

liczba

m

n

ω

ω

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Sygnały prawie okresowe 
Jeżeli nie wszystkie stosunki par pulsacji w sygnale poliharmonicznym wyrażają się liczbami 
wymiernymi  

a

niewymiern

liczba

m

n

ω

ω

   

 

 

 

 

 

 

 

to sygnał jest sygnałem  prawie okresowym.  
 
Nieustalone sygnały przejściowe 
Do sygnałów nieustalonych zaliczamy sygnały, które mogą być opisane funkcjami czasu, a 
które nie należą do sygnałów okresowych i lub sygnałów prawie okresowych. Przejściowe 
sygnały nieustalone w przeciwieństwie do sygnałów okresowych i  prawie okresowych nie 
mają widma dyskretnego. Mają natomiast widmo ciągłe określane za pomocą transformaty 
Fouriera.  

=

dt

e

t

u

U

t

j

ω

ω

)

(

)

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

przy czym z założenia dla tych sygnałów zachodzi 

background image

 

 

5

±

=

t

dla

t

u

0

)

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
CHARAKTERYSTYKA SYGNAŁÓW  
 
Sygnały charakteryzuje się za pomocą dokonywanych na nich określonych relacji 
matematycznych do których najczęściej zaliczamy: wartość  średnią,  średnią kwadratową, 
wariancję, odchylenie standardowe oraz  funkcję korelacji własnej nazywanej autokorelacji i 
korelacji wzajemnej.  
 
wartość średnia 

=

T

T

u

dt

t

u

T

t

0

)

(

1

lim

)

(

μ

  

 

 

 

 

 

 

 

 

a gdy sygnał jest próbkowany z szerokością próbki 

Δ sekund wtedy 

 

Δ

Δ

Δ

=

=

N

n

u

n

u

N

1

)

(

1

μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

czyli  

Δ

=

=

N

n

u

n

u

N

1

)

(

1

μ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
wartość średnia kwadratowa  

=

Ψ

→∞

T

T

u

dt

t

u

T

t

0

2

2

)

(

1

lim

)

(

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oraz  

Δ

=

Ψ

=

N

n

u

n

u

N

1

2

2

)

(

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
wariancja 

=

T

u

T

u

dt

t

u

T

t

0

2

2

]

)

(

[

1

lim

)

(

μ

σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

oraz 

2

1

2

]

)

(

[

1

=

Δ

=

u

N

n

u

n

u

N

μ

σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
odchylenie standardowe jako pierwiastek kwadratowy z wariancji 
 

=

T

u

T

u

dt

t

u

T

0

2

]

)

(

[

1

lim

μ

σ

   

 

 

 

 

 

 

 

2

1

]

)

(

[

1

=

Δ

=

u

N

n

u

n

u

N

μ

σ

   

 

 

 

 

 

 

 

 
 

background image

 

 

6

autokorelacja  

+

=

T

T

uu

dt

t

u

t

u

T

R

0

)

(

)

(

1

lim

)

(

τ

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

oraz 

⎥⎦

⎢⎣

⎡ ∑

+

Δ

Δ

=

=

N

n

N

uu

n

u

n

u

N

R

1

)

(

)

(

1

lim

)

(

τ

τ

  

 

 

 

 

 

 

Funkcja autokorelacji 

)

(

τ

uu

R

 charakteryzuje zależność sygnału )

(t

u

poprzez uśrednianie w 

przedziale T jego iloczynu chwilach  i 

.

τ

+

t

  

Autokorelacja )

(

τ

uu

R

jest funkcją rzeczywistą i parzystą z maksimum dla 

0

=

τ

 

)

(

)

(

τ

τ

uu

uu

R

R

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Łatwo zauważyć, że dla zerowego przesunięcia 

τ  autokorelacja 

)

0

(

uu

R

 jest równa 

2

u

Ψ   

)

0

(

2

uu

u

R

=

Ψ

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

natomiast dla 

T

jej kwadratowy pierwiastek przedstawia wartość średnią 

u

μ

 

)

(

=

uu

u

R

μ

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Przykład 
 

)

sin(

)

(

θ

ω

+

=

t

U

t

u

 

 

)

cos(

2

]

2

2

cos(

)

[cos(

2

1

2

lim

)

sin(

)

sin(

2

1

lim

)

(

)

(

2

1

lim

)

(

)

(

1

lim

)

(

2

2

2

0

ωτ

θ

ωτ

ω

ωτ

θ

ωτ

ω

θ

ω

τ

τ

τ

U

dt

t

T

U

dt

t

t

U

T

dt

t

u

t

u

T

dt

t

u

t

u

T

R

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

T

uu

=

+

+

=

+

+

+

+

=

+

=

 

 
 
korelacja wzajemna

 

)

(

τ

uy

R

charakteryzuje wzajemność zależność jednego sygnału )

(

t

u

 od 

wartości drugiego sygnału )

(

t

y

 

+

=

T

T

uy

dt

t

y

t

u

T

R

0

)

(

)

(

1

lim

)

(

τ

τ

    

 

 

 

 

 

 

Jeżeli 

0

)

(

=

τ

uy

R

 to mówimy, że sygnały 

)

(t

u

)

(t

y

są nie są skorelowane. 

Korelacja wzajemna 

)

(

τ

uy

R

może być zarówno dodatnia jak i ujemna, nie musi mieć 

maksimum dla 

0

=

τ

 i nie musi być funkcją parzystą. 

background image

 

 

7

Warto zaznaczyć,  że dla sygnałów przejściowych funkcje korelacji 

)

(

τ

uu

R

i

)

(

τ

uy

R

nie są 

dzielone przez T i oblicza się je z następujących wzorów 

+

=

T

uu

dt

t

u

t

u

R

0

)

(

)

(

)

(

τ

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

=

T

uy

dt

t

y

t

u

R

0

)

(

)

(

)

(

τ

τ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
METODY POMIAROWE 

Techniczne metody pomiaru rezystancji 
1.  Metoda poprawnie mierzonego napięcia - pomiar małych rezystancji 
 

 

Schemat układu 

poprawnie mierzonego 

napięcia 

 
Wartość rezystancji mierzonej, wynikająca ze wskazań woltomierza i amperomierza  

I

U

R

m

=

 

odpowiada rezystancji wypadkowej równoległego połączenia rezystancji wewnętrznej 
woltomierza 

V

 i rezystancji 

x

 

x

V

V

V

x

v

x

m

R

R

R

R

R

R

R

R

+

=

+

=

1

 

W powyższej metodzie występuje błąd spowodowany prądem 

V

 pobieranym przez 

woltomierz. 
Różnica pomiędzy wartością mierzoną 

m

 i rzeczywistą 

x

 stanowi systematyczny błąd 

metody. 
Chcąc wyznaczyć wartość 

x

 w sposób prawidłowy należy skorygować wartości 

wskazywane przez przyrządy 

V

V

x

R

U

I

U

I

I

U

R

=

=

  

 

Bezwzględny błąd metody pomiarowej wynosi 

background image

 

 

8

x

x

V

V

x

m

x

R

R

R

R

R

R

R

+

=

=

1

Δ

 

Błąd względny pomiaru 

%

100

1

1

%

100

1

%

100

x

V

x

x

x

V

V

x

x

Rx

R

R

R

R

R

R

R

R

R

+

=

+

=

=

Δ

δ

 

2.  Metoda poprawnie mierzonego prądu - pomiar dużych rezystancji 

 

Schemat układu 

poprawnie mierzonego prądu

  

Wartość rezystancji wynikająca ze wskazań przyrządów wynosi 

A

x

A

x

m

R

R

I

R

R

I

I

U

R

+

=

+

=

=

)

(

 

Korygując wskazania przyrządów pomiarowych mamy 

I

IR

U

I

U

U

R

A

A

x

=

=

 

Błąd bezwzględny metody 

A

x

A

x

x

m

x

R

R

R

R

R

R

R

=

+

=

=

Δ

 

Błąd względny pomiaru 

%

100

%

100

x

A

x

x

Rx

R

R

R

R

=

=

Δ

δ

 

W szczególnym przypadku błąd metody w obu układach może mieć  tę samą wartość 
bezwzględną 

%

100

1

1

x

V

R

R

+

%

100

x

A

R

R

 

0

2

=

V

A

x

A

x

R

R

R

R

R

 

2

4

2

V

A

A

A

x

R

R

R

R

R

+

+

=

 

background image

 

 

9

Dla 

V

A

R

R

<<

 

V

A

x

R

R

R

 

metody poprawnie mierzonego napięcia i prądu są równoważne. 
 
Pomiar rezystancji wewnętrznej źródła napięcia stałego 

 

Schemat układu do pomiaru rezystancji wewnętrznej źródła napięcia stałego

 

Rezystancję 

w

 wyznacza się poprzez dwukrotny pomiar napięcia na zaciskach źródła: 

1

U

 - w przypadku, gdy źródło nie jest obciążone ( zamknięty 

,

1

W

 otwarty 

2

W

2

U

 - w przypadku, gdy źródło obciążone jest rezystancją   ( zamknięty 

1

W

 i 

2

W

Rezystancja   powinna być tak dobrana, aby uzyskać wyraźną różnicę pomiędzy 

1

U

 i 

.

2

U

 

W przypadku pomiaru 

1

U

 obowiązuje następujące równanie 

⎟⎟

⎜⎜

+

=

V

w

R

R

U

E

1

1

 

natomiast na podstawie pomiaru 

2

U

 i    

w

V

R

R

U

I

U

E

⎟⎟

⎜⎜

+

+

=

2

2

 

Rozwiązując powyższy układ równań uzyskuje się wzór określający wartość rezystancji 
wewnętrznej źródła 

V

w

R

U

U

I

U

U

R

2

1

2

1

=

 

 
Pomiar mocy w obwodach stałoprądowych 
 
1. Pomiar mocy odbiornika w układzie poprawnie mierzonego napięcia 
 

 

Schemat układu do pomiar mocy odbiornika w układzie poprawnie mierzonego

 

napięcia 

background image

 

 

10

Moc wyznaczona na podstawie wskazań przyrządów 

I

U

P

m

=

 

Korygując wskazania przyrządów mamy 

(

)

V

m

V

V

o

P

P

R

U

I

U

I

I

U

P

=

=

=

2

 

 

2. Pomiar mocy odbiornika w układzie poprawnie mierzonego prądu 

 

Schemat układu do pomiar mocy odbiornika w układzie poprawnie mierzonego

 

prądu 

Po korekcie wskazań przyrządów mamy 

(

)

A

m

A

A

o

P

P

R

I

I

U

I

U

U

P

=

=

=

2

 

 

3. Pomiar mocy źródła w układzie poprawnie mierzonego napięcia 

 

Schemat układu do pomiar mocy źródła w układzie poprawnie mierzonego napięcia 

Moc wyznaczona na podstawie wskazań przyrządów 

I

U

P

m

=

 

Korygując wskazania przyrządów mamy 

(

)

V

m

V

V

z

P

P

R

U

I

U

I

I

U

P

+

=

+

=

+

=

2

 

4. Pomiar mocy źródła w układzie poprawnie mierzonego prądu 

 

Schemat układu do pomiar mocy źródła w układzie poprawnie mierzonego prądu 

background image

 

 

11

Po korekcie wskazań przyrządów mamy 

(

)

A

m

A

A

z

P

P

R

I

I

U

I

U

U

P

+

=

+

=

+

=

2

 

Analizując błędy wyznaczenia mocy odbiornika i źródła w układzie poprawnie mierzonego 
napięcia mamy: 

V

o

m

o

P

P

P

P

=

=

Δ

 

V

o

m

z

P

P

P

P

=

=

Δ

 

V

o

V

o

V

o

o

o

R

R

Ro

U

R

U

P

P

P

P

P

=

=

=

Δ

=

2

2

δ

 

V

o

z

V

z

z

z

R

R

P

P

P

P

P

=

=

Δ

=

δ

 

 
Analogicznie dla układów do pomiaru mocy odbiornika i źródła w układzie poprawnie 
mierzonego prądu mamy: 

A

o

P

P

=

Δ

 

A

z

P

P

=

Δ

 

o

A

o

A

o

R

R

R

I

R

I

P

=

=

2

2

δ

 

o

A

z

R

R

P

=

δ

 

 
Analogicznie jak w przypadku technicznych pomiarów rezystancji istnieje graniczna wartość 
rezystancji odbiornika (źródła) przy której błąd metody jest identyczny dla układu poprawnie 
mierzonego napięcia i prądu.  
Poniższa tabela przedstawia sposób wyboru układu pomiarowego w zależności od stosunku 
rezystancji odbiornika (źródła) do rezystancji przyrządów pomiarowych.  
 

Poprawny pomiar napięcia Poprawny 

pomiar 

 

prądu 

Realizowany układ 

pomiaru mocy 

Warunek 

V

A

o

R

R

R

>

V

A

o

R

R

R

<

 

 
Pomiar mocy odbiornika 

V

A

o

R

R

R

=

 

V

A

z

R

R

R

<

 

V

A

z

R

R

R

>

 

 
Pomiar mocy źródła 

V

A

z

R

R

R

=

 

 
 
 
 
 
 

background image

 

 

12

5.  Pomiar mocy odbiornika przy użyciu watomierza w układzie poprawnie mierzonego 

napięcia 

 

(

)

U

I

I

I

U

P

o

wu

+

=

=

 

wu

o

o

wu

R

wu

R

R

R

wu

R

R

wu

wu

R

R

R

U

R

U

P

P

P

P

P

P

P

P

P

=

=

=

+

=

=

2

2

δ

 

6.  Pomiar mocy odbiornika przy użyciu watomierza w układzie poprawnie mierzonego prądu 

 

(

)

o

A

R

R

I

P

+

=

2

 

o

wi

o

wi

R

R

wi

R

R

R

I

R

I

P

P

P

=

=

=

2

2

δ

 

Jeśli 

wi

wu

δ

δ

=

 to 

wi

wu

o

o

wi

wu

o

R

R

R

R

R

R

R

=

=

 

 

7.  Pomiar mocy źródła przy użyciu watomierza w układzie poprawnie mierzonego napięcia 

 

 

background image

 

 

13

wi

R

P

P

P

+

=

 

wu

o

wu

o

wi

wu

o

wu

o

A

wi

R

wi

R

wi

wu

R

R

R

R

R

R

R

R

R

R

I

R

I

P

P

P

P

P

P

+

+

=

⎟⎟

⎜⎜

+

+

=

=

=

1

1

1

2

2

δ

 

 

8.  Pomiar mocy źródła przy użyciu watomierza w układzie poprawnie mierzonego prądu 

 

wi

R

P

P

P

+

=

 

)

(

)

(

2

2

2

2

wi

o

wu

wi

o

wu

wu

wi

o

wu

wi

o

wu

wu

o

R

wu

o

R

o

R

wi

R

R

R

R

R

R

U

R

U

R

R

R

R

R

R

U

R

U

P

P

P

P

P

+

+

+

=

+

+

+

=

=

=

δ

 

wi

o

wu

wi

o

wu

wi

o

wi

R

R

R

R

R

R

R

R

+

+

=

+

+

+

=

1

1

δ

 

Jeśli 

wi

wu

δ

δ

=

 to 

wi

o

wu

wu

o

wu

o

wi

R

R

R

R

R

R

R

R

+

+

=

+

+

1

1

1

1

1

 

wi

o

wu

wu

wu

wi

R

R

R

R

R

R

R

R

+

=

+

0

0

1

 

wi

o

wu

wi

R

R

R

R

R

R

+

=

+

1

1

0

0

 

wi

wu

wi

wi

R

R

R

R

R

R

R

+

=

+

0

0

2

0

 

wi

wu

R

R

R

=

2

0

 

background image

 

 

14

wi

wu

R

R

R

=

0

 

 

9. Pomiar mocy odbiornika

 

w układzie poprawnie mierzonego napięcia przy użyciu 

watomierza i woltomierza 

 

Schemat układu do pomiaru mocy w układzie poprawnie mierzonego napięcia 

Moc wyznaczona na podstawie korekty wskazania watomierza 

V

wu

m

x

R

U

R

U

P

P

2

2

=

 

m

 - moc wskazywana przez watomierz 

 
10. Pomiar mocy odbiornika w układzie poprawnie mierzonego prądu przy użyciu 

watomierza i amperomierza 

 

Schemat układu do pomiaru mocy w układzie poprawnie mierzonego prądu 

Moc wyznaczona na podstawie korekty wskazania watomierza 

A

wi

m

x

R

I

R

I

P

P

2

2

=

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 

15

Pomiary impedancji i jej parametrów 

1. Pomiar składowych impedancji za pomocą watomierza, woltomierza i amperomierza    
                    a)                                                            b) 

 

Schemat układów do pomiaru składowych impedancji za pomocą watomierza, woltomierza 

i amperomierza 

a)  układ poprawnie mierzonego napięcia 
b)  układ poprawnie mierzonego prądu 

Pomijając wpływ rezystancji wewnętrznych przyrządów parametry impedancji można 
wyznaczyć w oparciu o wzory: 

 

2

2

2

2

,

,

R

Z

X

P

U

I

P

R

I

U

Z

=

=

=

=

 

X

f

C

f

X

L

π

π

2

1

,

2

=

=

 

 
2.  Pomiar składowych impedancji metodą trzech woltomierzy 
               a)                                                             b) 
 

 

Układ do pomiaru składowych impedancji metodą trzech woltomierzy 
a)  Schemat układu 
b)  Wykres wskazowy 

 

w

 - rezystancja wzorcowa 

jX

R

Z

+

=

 

w

w

R

U

I

R

I

U

1

1

=

=

 

w

w

R

U

U

Z

Z

R

U

Z

I

U

1

2

1

2

=

=

=

 

background image

 

 

16

 

)

180

cos(

2

0

2

1

2

2

2

1

2

3

ϕ

+

=

U

U

U

U

U

 

ϕ

=

cos

2

2

1

2

2

2

1

2

3

U

U

U

U

U

 

2

1

2

2

2

1

2

3

2

cos

U

U

U

U

U

=

ϕ

 

 
3.  Pomiar składowych impedancji metodą trzech amperomierzy 
                    a)                                                             b) 

 

Układ do pomiaru składowych impedancji metodą trzech amperomierzy 

c)  Schemat układu 
d)  Wykres wskazowy 

 

Z

I

R

I

w

2

1

=

 

w

R

I

I

Z

2

1

=

 

)

180

cos(

2

0

2

1

2

2

2

1

2

3

ϕ

+

=

I

I

I

I

I

 

ϕ

cos

2

2

1

2

2

2

1

2

3

I

I

I

I

I

=

 

2

1

2

2

2

1

2

3

2

cos

I

I

I

I

I

=

ϕ

 

 
 
Rozszerzanie zakresów pomiarowych przyrządów magnetoelektrycznych 

1. Rozszerzanie zakresu pomiarowego amperomierzy magnetoelektrycznych 

 

Schemat układu do rozszerzania zakresu pomiarowego amperomierzy magnetoelektrycznych 

background image

 

 

17

b

R

 - rezystancja bocznika 

b

b

A

A

R

I

R

I

=

 

A

b

I

I

I

=

 

(

)

b

A

A

A

R

I

I

R

I

=

 

1

=

=

A

A

A

A

A

b

I

I

R

I

I

R

I

R

 

 
2. Rozszerzanie zakresu pomiarowego woltomierzy magnetoelektrycznych 
 

 

 

p

R

 - rezystancja posobnika 

 

p

V

U

U

U

+

=

 

p

V

R

I

U

U

+

=

 

V

p

U

U

R

I

=

 

V

R

U

I

=

 

V

p

V

U

U

R

R

U

=

 

V

V

V

V

V

p

R

U

U

U

R

U

U

R

⎟⎟

⎜⎜

=

=

1

)

(

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

background image

 

 

18

KOMPENSATORY NAPIĘCIA STAŁEGO 
 
Pomiar napięcia metodą kompensacyjną realizowany jest poprzez porównanie napięcia 
mierzonego 

x

E

 ze znaną wartością napięcia wzorcowego 

w

E

 bez poboru prądu z obwodu 

kontrolowanego. 
 
Podział metod kompensacyjnych: 

1.  Kompensacja pojedyncza 
2.  Kompensacja podwójna 

 
Podział kompensatorów ze względu na dokładność: 

1.  Laboratoryjne o klasach 0.005, 0,01, 0.02, 0.05 
2.  Techniczne o klasach dokładności 0,1, 0.2, 0.5 (aktualnie zastąpione woltomierzami 

cyfrowymi o dużej dokładności i rezystancji wejściowej) 

 
Podział ze względu na wartości mierzonych napięć: 

1.  Kompensatory o dużej rezystancji wewnętrznej (wysoko-omowe) do pomiaru napięć 

powyżej 100mV (mają prąd pomocniczy w granicach 

mA)

1

1

.

0

÷

 

2.  Kompensatory o małej rezystancji wewnętrznej do pomiaru napięć poniżej 100mV 

(mają prąd pomocniczy w granicach 

mA)

100

10

÷

 

 
Kompensacja pojedyncza 
 a)                                                                            b) 

 

Układy kompensacji pojedynczej 

a)  o regulowanym prądzie roboczym 
b)  o stałym prądzie roboczym 

 
W układzie kompensatora o regulowanym prądzie roboczym, wartość prądu roboczego 

p

I

 

regulowana opornikiem 

 jest mierzona za pomocą amperomierza. Napięcie mierzone 

x

E

 

porównywane jest ze spadkiem napięcia 

N

U

 na oporniku wzorcowym 

.

N

R

 

 

Po uzyskaniu kompensacji (

0

=

G

I

) wartość  

x

E

 wyznacza się  na podstawie wskazania 

amperomierza i znanej wartości 

N

R

 

 

N

p

x

R

I

E

=

 

 

W układzie kompensatora o stałym prądzie roboczym, prąd 

p

I

 o stałej i znanej wartości 

wywołuje na oporniku 

k

R

 (opornik kompensacyjny

spadek napięcia, który porównywany 

jest z napięciem mierzonym. 
Regulując 

k

R

 doprowadza się układ do stanu kompensacji i wtedy 

k

p

x

R

I

E

=

 

background image

 

 

19

Kompensacja podwójna

 

 

Układ kompensacji podwójnej 

p

I

 - prąd pomocniczy 

Zasada kompensacji 

Przełączając przełącznik 

 w położenie 1 regulujemy 

p

R

 taki sposób, aby prąd 

galwanometru 

G

I

 był równy zero. Jest to stan kompensacji napięć.  

Cały prąd 

p

I

 płynie przez opornik R, a spadek napięcia 

1

k

E

 na rezystancji 

1

k

R

 równy jest 

wartości wzorcowej siły elektromotorycznej 

w

E

 

1

k

p

w

R

I

E

=

 

W analogiczny sposób kompensowane jest napięcie mierzone 

,

E

x

 poprzez przełączenie 

przełącznika 

 w położenie 2 i nastawienie na oporniku   takiej rezystancji 

2

k

R

 dla której 

galwanometr będzie w stanie równowagi (

0

=

G

I

). 

W stanie kompensacji 

 

2

k

p

x

R

I

E

=

 

Wstawiając 

p

I

 ze wzoru na 

w

E

 do wzoru na 

x

E

 uzyskuje się 

 

w

k

k

x

E

R

R

E

1

2

=

 

 

 

 

 

 

background image

 

 

20

Kompensator Feussnera 
W celu zapewnienia dużej dokładności pomiarów kompensacyjnych nie wystarczy precyzyjne 
wyznaczenie 

.

E

x

 Konieczna jest również wysoka dokładność opornika   i duża 

rozdzielczość jego regulacji. Takich wymagań nie mogą zapewnić dwie potencjometrycznie 
włączone dekady opornika. 
Powyższe wymagania dobrze spełnia dekada Feussnera. 
 
 

 

 

Dekada Feussnera 

 

Prąd pomocniczy 

p

I

 kompensatora przepływa najpierw przez szereg oporników górnej 

gałęzi dekady, a następnie przez górny przełącznik i górną część półpierścienia płynie do 
następnych dekad. Wracając trafia do dolnego półpierścienia, a niego przez dolną część 
przełącznika płynie przez oporniki dolnej gałęzi dekady. 
Konstrukcja dekady Feussnera zapewnia przepływ prądu pomocniczego zawsze przez 10 
oporników (przez 

n

 oporników górnej dekady i przez 

n

10

 oporników dolnej dekady), 

niezależnie od ustawienia przełącznika. 
Spadek napięcia 

k

E

 zdejmowanego z górnej gałęzi dekady regulowany jest położeniem 

przełącznika. 
Pomiędzy dwie zwykłe dekady włączone potencjometrycznie można więc włączyć dowolną 
liczbę dekad Feussnera i nastawiać z dowolną rozdzielczością napięcie kompensujące 

k

E

 

przy 

p

I

= const. 

Poniższy rysunek przedstawia układ kompensatora Feussnera o 3 dekadach Feussnera (III-V) 
i dwóch zwykłych dekadach (I, II). 
Prąd pomocniczy nastawiany jest za pomocą kilkudekadowego opornika 

p

R

 w taki sposób, 

aby jego wartość była stała i wynosiła 

.

μA

100

 

 

background image

 

 

21

 

Układ kompensatora Feussnera 

 

Zasada kompensacji: 

1.  Sprawdzić prawidłowość przyłączenia: 

x

p

w

E

E

E

,

,

 pod względem biegunowości 

2.  Ze  świadectwa legalizacji ogniwa wzorcowego odczytać wartość uwierzytelnioną 

SEM i na jej podstawie obliczyć wartość charakterystyczną SEM dla aktualnej 
temperatury ogniwa  

3.  Nastawić 

kp

R

 na wartość 

.

10

4

w

 Dekada 

Ω

⋅ 1

.

0

10

 służy do uwzględnienia zmiany 

w

E

 od zmian temperatury  

4.   
5.  Przy otwartym P   należy zamknąć  W   i następnie regulując 

p

R

 ustawić na  μA  z 

dokładnością wynikającą z jego klasy wartość 

p

I

 = 

.

μA

100

  

6.  Przełączyć  P w położenie 1 i regulując 

p

R

 ustawić

 

taką dokładną wartość 

,

10

4

A

I

p

=

 dla której wskazanie galwanometru G będzie równe zero,  

W takim przypadku zachodzi 

kp

w

p

R

E

I

=

 

 

7.  Przełączyć P w położenie 0  
8.  Jeżeli znana jest przybliżona wartość 

,

x

E

 to pokrętłami dekad 

k

R

 ustawiamy taką 

rezystancję 

1

k

R

 aby iloczyn 

1

k

p

R

I

 był równy założonej wartości 

x

E

 

9.  Stan ten sprawdzamy po przełączeniu P w położenie 2 i  doprowadzenie 

k

R

  do stanu, 

dla którego wskazanie galwanometru G będzie równe zero (kontrolujemy stałość 
prądu pomocniczego 

p

I

 przełączając P w położenie 1) 

Wtedy 

2

k

p

x

R

I

E

=

 

 

Po zlogarytmowaniu i zróżniczkowaniu powyższej zależności, otrzymuje się wzór określający 
błąd graniczny pomiaru napięcia kompensatorem Feussnera 

k

kp

w

x

R

R

E

E

+

+

=

δ

δ

 

background image

 

 

22

Pomiar rezystancji za pomocą kompensatora 

 

 

Schemat układu do pomiaru rezystancji za pomocą kompensatora 

 

Rezystancja 

x

R

 wyznaczana jest poprzez porównanie napięć 

1

U

 i 

,

U

2

 wywoływanych tym 

samym prądem 

.

I

 Napięcia te mierzy się dokładnie za pomocą kompensatora. 

Jeśli 

,

I

const

=

 to 

Najpierw wyznacza się dokładną wartość prądu mierząc spadek napięcia 

1

U

 a 

w

R

 za pomocą 

kompensatora.  
Wtedy  

w

R

U

I

1

=

 

W drugim pomiarze mierzy się spadek nap. 

2

U

 na 

x

R

 powodowany uprzednio 

wyznaczonym prądem 

I

U

R

x

2

=

 

więc 

w

x

R

U

U

R

1

2

=